2.3 Определение действительного изменения температуры t в калориметрическом опыте

При калориметрических измерениях неизбежны тепловые потери в окружающую среду вследствие теплообмена. Чтобы учесть тепловые потери и определить действительное изменение температуры применяют особые графические построения, как показано на рис. 2.3.

Для этого каждый калориметрический опыт делят на три периода: 1) предварительный, продолжается не менее 5 минут, 2) главный, - время протекания изучаемого процесса, 3) заключительный, также не менее 5 минут.

В предварительном периоде (участок АВ на рис. 2.3) изменение температуры в калориметре незначительно и обусловлено только теплообменом с окружающим пространством. По окончании его, не прерывая опыт во времени, начинают изучаемый процесс (например, растворение соли), - это главный период (участок ВС). Когда процесс закончится, изменение температуры снова станет незначительным, (участок СD - заключительный период).

По окончании опыта для определения действительного изменения температуры t, на графике проводят касательные к начальному и конечному участкам (АЕ и DF на рис. 2.3). Точки расхождения касательных с кривой изменения температуры (точки В и С) проектируют на ось времени и через середину полученного отрезка восстанавливают перпендикуляр до пересечения с касательными. Отрезок ЕF равен искомому t.

 

Рис. 2.3. Графическое определение действительного изменения температуры

 

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

 

3.1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

 

Определение интегральной мольной теплоты

растворения соли в воде

Цель работы: Определить интегральную мольную теплоту  растворения соли в воде

 

Часть 1. Определение константы калориметра

1. Предварительно измерить температуру окружающего воздуха и воды, взятой для калориметрического опыта. Разница температур должна быть не более 0,5. При необходимости охладить или нагреть воду для соблюдения указанного условия.

2. Залить в стакан калориметра 50 мл дистиллированной воды, подготовленной в соответствии с п. 1.

3. Подготовить навеску KCl 1 г. и всыпать ее в сухой шприц. Закрыть пробку шприца и вставить в крышку термостата.

4. Перед началом каждого опыта установка выдерживается в собранном виде не менее 5 минут. После такой подготовки изменение температуры в калориметре за счет теплообмена с окружающей средой не превышает  0,05 в минуту, что является необходимым условием графического определения tс достаточной точностью. Скорость изменения температуры в предварительном периоде нетрудно определить по наклону начального участка графика.

5. Не включать контроллер без связи с модулем “Термостат” (калориметр).

6. Проверить связь контроллера с компьютером.

7. Подключить термодатчик к гнезду термостата “температура 1 или 2”.

8. Включить компьютер.

9. После полной загрузки компьютера включить в сеть контроллер клавишей на левой боковой панели. (Внимание! Клавиатура на передней панели контроллера настроена предварительно, до начала занятия и студентами не используется).

10. Войти в программу управления УЛК.

11. В появившемся окне приветствия выбираем “Работа с контроллером”. При этом в окне должна появиться запись “Контроллер активен. Модуль: Термостат”. Нажимаем кнопку “Вход” и попадаем в окно управления программой (рис. 3.1).

12. В поле “Измерительные каналы” с помощью мыши выбираем “термодатчик” (1 или 2, в соответствии с установленным на термостате -  см. п. 5).

13. В поле “Параметры измерения” выбираем “Автоматический режим”. Задаем интервал измерений 10 с. Усреднение оставляем. Устанавливаем в окне “Число измерений”- 50.

14. Убедиться, что в строке “Активировать контроллер” поставлена метка (если нет- поставить); и далее в строке имеется запись “Подключен модуль Термостат”.

15. В строке “Номер банка для записи” в первом опыте ставим “1”.

16. В поле “Исполнительные устройства” с помощью мыши включаем мешалку и задаем скорость вращения на позиции “3”. Внимание: Остальные клавиши исполнительных устройств должны быть выключены в данном поле окна.

 

 

Рис. 3.1. Окно управления программой.

 

17. Проверить готовность к началу опыта и нажать кнопку “Измерение” в нижнем правом углу окна. Появится окно “Обмен данными с контроллером” (рис. 3.2), в котором отображается фиксируемая температура термодатчика в калориметре и графическое изображение изменения температуры во времени. В строке над графиком фиксируется оставшееся время опыта и количество измерений (“Снято точек”).

18. При показании в строке “Снято точек”- 10 высыпаем навеску соли в калориметрический стакан нажатием на поршень шприца, вставленного в отверстие крышки калориметра. Внимание: Крышку калориметра до окончания опыта не поднимать!

19. Дождавшись окончания опыта (Снято точек 50), нажать клавишу “Стоп” и в появившемся окне управления вызвать вкладку  “Графики”, нажать на кнопку “Добавить график” ().

20. В появившемся окне “Выберите каналы” нажмите кнопку “Принять”, не меняя информацию в полях окна. Появится  изображение графика (рис. 3.3). При необходимости уменьшения или увеличения  получившегося изображения нажать кнопку  или  в строке меню.

21. Выполнить графические построения. Для этого в строке меню выбираем кнопку “линия” (  ) и проводим касательные к начальному и заключительному периодам (см. рис. 3.3).

 

 

Рис. 3.2. Окно регистрации графика.

 

 

 

 

Рис. 3.3. Графические построения.

 

Для этого сначала ставим курсор в первую точку начального периода и при нажатом курсоре проводим линию по касательной к начальному участку кривой на графике, продляя ее вправо, как показано на рис. 3.3. Затем ставим курсор в последнюю точку заключительного периода графика и при нажатом курсоре проводим касательную к конечному участку кривой, продляя ее влево, как показано на рис. 3.3. Расстояние по оси абсцисс между верхней и нижней точками касания (точками 1 и 2, в которых кривая расходится с касательными) есть протяженность главного периода. Через среднюю точку в полученном интервале главного периода проводим перпендикуляр до пересечения с касательными. В строке меню выбираем кнопку “Линейка” (  ). После этого убираем галочку в строке “Измерения на суммарный график” окна управления программой (см. рис. 3.3). “Линейкой” измеряем полученноеdY = Δt° как интервал между верхней и нижней точками пересечения перпендикуляра с касательными. Для этого ставим курсор в точку Е и тянем линию при нажатом курсоре до точки F. Полученное в окне под графиком значение dY = Δt₁ используем для расчета константы калориметра С_к по уравнению (58). При чтении значения dY необходимо учесть указанное изменение разряда. В приведенном примере на рис. 3.3 Е-01 означает, что запятую в отображенном значении dY необходимо переместить на 1 разряд влево:

Δt° = 0,9823.